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輻射冷卻與氣溫
2015/10/27
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入冬天氣轉涼,最近您可能會聽到像這樣的新聞報導,說到在某某地方測到很低的氣溫,是因為「輻射冷卻」的效應所造成。「輻射冷卻效應」到底是什麼?影響各地氣溫和測量數值的原因又有哪些呢?請聽以下的科學三分鐘,與您分享今天的主題:「輻射冷卻與氣溫」。

任何物體都會放出熱能,而傳播熱的方式有三種,分別是傳導、對流、輻射。

傳導,就像天冷我們使用暖暖包,暖暖包直接接觸身體,熱能傳導到身上,會讓你覺得溫暖;對流,就像空氣或水會以上下對流–就是暖空氣上升,冷空氣下降的方式來傳播熱;只有輻射,不需要靠任何東西來傳遞,就算在太空中也能夠傳播。太陽就是透過輻射的方式,把熱能傳到地球。同樣地,地球也會把熱能輻射到太空。

溫度大於絕對溫度零度–0K的物體,都會向外輻射能量。所謂的0K,大約就等於攝氏零下273度。太陽溫度大約6,000K,向外輻射的波長較短,一般稱為短波輻射。地表平均溫度大約 300K,向外輻射的波長屬於紅外線的長波輻射。

白天,因為從太陽透過短波輻射傳到地球的熱能,比地表透過紅外線向外輻射的熱能更多,所以地表的溫度會升高。到了晚上,由於沒有太陽照射,而地表又不斷透過長波輻射散失熱能,因此地面溫度下降。這就是「輻射冷卻效應」。

那為什麼「輻射冷卻效應」跟「溫室效應」很有關係呢?

所謂「溫室效應」的產生,是因為大氣層中的水氣和二氧化碳等溫室氣體,會吸收地球向外輻射紅外線的一部份熱輻射,留住這些熱能,讓地表和近地層空氣的冷卻變慢,平均溫度變高。夜間的雲層也具有類似溫室氣體的功能,因此有雲的夜晚,地表向外輻射的紅外線長波輻射,容易被雲層攔阻和吸收,熱量不易散失,因此地表溫度不會降得太低。反之,在晴朗又乾燥的夜晚,就是沒有雲朵和水汽阻擋的時候,地表的熱能就容易以紅外線長波輻射的方式輻射出去,地表溫度降低,「輻射冷卻」的效果更明顯。

「輻射冷卻」也跟地形有關。在一片廣大的平地,沒有山或摩天大樓來阻擋熱輻射的話,「輻射冷卻效應」會特別明顯。因此,嘉南平原雖然在南部,還是經常有機會測到很低的氣溫。相反地,比方說臺北市,因為建築物多,加上人口集中,人們的活動產生很多熱能,晚間氣溫下降得就會比較慢。

最後,常有人以為全臺灣平地最冷的地方,一定是淡水或嘉義,因為新聞報導只要提到「全臺平地最低溫」,大多都出現在這兩個地方。其實任何地點只要條件符合,都可能出現明顯的「輻射冷卻效應」,或因為冷氣團移動、空氣對流、地表水分蒸發等其他許多因素造成低溫。

像是新北市的金山、萬里等地,或臺中市清水、曾文溪出海口,氣溫就常常低於淡水或嘉義測出來的溫度,只是當地沒有設立觀測站,不能得知詳細的數據,才讓大家以為臺灣平地總是淡水或嘉義最冷。

今天的科學關鍵字,就是

輻射冷卻 Radiative Cooling

您可以透過這個關鍵字,進一步查詢或做延伸閱讀。

【本單元由行政院國家科學委員會補助製播】
2012-12-09 16:55:00播出
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